Kinematische Grundlagen

Motivation

Die Durchführung eines rückwärtsgerichteten Fahrmanövers mit einem Gespann, bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger, muss als ein äußerst anspruchsvoller Fahrvorgang angesehen werden. Die Komplexität eines Fahrmanövers ist bedingt durch die kinematischen Eigenschaften des jeweiligen Gespanns. Bereits für Fahrzeuge mit einachsigem Anhänger, die abhängig von der Anzahl ihrer Fahrzeugglieder der Klasse der general-2-trailer zugerechnet werden, ist der Grad der Bewegungsfreiheit deutlich eingeschränkt.

Damit ein gewöhnliches Nutzfahrzeuggespann zukünftig ohne äußere Einwirkung Fahraufträge, wie z.B. das rückwärtige Einparken oder das rückwärtsgerichtete Heranfahren an eine Laderampe, vollständig autonom ausführen kann, muss es in der Lage sein, präzise Sollvorgaben für die durchzuführenden Fahrzeugbewegungen ermitteln zu können. Für deren Planung wird zwischen Start- und Zielpunkt des Fahrmanövers eine Trajektorie berechnet, die das Gespann eingeschränkt durch seine Kinematik exakt abfahren kann. Das präzise Abfahren einer Trajektorie ist Voraussetzung, um zu jedem beliebigen Zeitpunkt das Fahrverhalten des Gespann voraussagen und seine Sicherheit gewährleisten zu können.

Zwar existieren in der Literatur bereits verschiedene Verfahren (z.B. basierend auf Sinusoiden), mit denen sich die Bewegungen eines Fahrzeuggespanns kontrollieren lassen, jedoch sind diese recht kompliziert und in der praktischen Umsetzung bisher wenig überzeugend.

Übersicht

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich in diesem Bereich mit der Herleitung allgemeiner Verfahren, mit denen sich das kinematische Verhalten von mehrgliedrigen Gespannen bestimmen lässt. In diesem Zusammenhang werden sowohl analytische als auch anthropomorphische Strategien untersucht. Letztere leiten aus dem menschlichen Fahrverhalten übertragbare Regeln ab, die in vergleichbaren Fahrsitutationen angewendet werden sollen. Unsere Forschung bezüglich kinematischer Berechnungsmodelle ist anwendungsorientiert gestaltet:

  • Für Fahrzeuge mit einachsigem Anhänger, auch general-2-trailer genannt, wurde ein kinematisches Berechnungsmodell hergeleitet, mit dessen Hilfe sich analytisch Fahrzeugbewegungen beschreiben lassen und durch dessen Anwendung für eine gegebene Start- und Zielkonfiguration eine fahrbare Trajektorie berechnet werden kann.
  • Für das Problem des parallelen Einparkens eines Fahrzeugs mit einachsigem Anhänger wurde ein unter vorgegebenen Randbedingungen optimales, analytisches Verfahren entwickelt.
  • Um das koordinierte Manövrieren mehrerer autonomer Gespanne aus der Klasse der general-2-trailer zu ermöglichen, wurde ein prototypisches Verfahren zur Berechnung sicherer Korridore entwickelt. Für ein gegebenes Gespann und eine beliebige für das Gespann fahrbare Trajektorie lässt sich analytisch ein zweidimensionales Belegungssegment ableiten, mit der Eigenschaft, dass sich das Gespann zu jedem Zeitpunkt mit seinen Extrempunkten sicher innerhalb des berechneten Segments befindet. Für ein vollständiges Fahrmanöver lassen sich die mit Hilfe des Verfahrens ermittelten Segmente zu einem sicheren Korridor konkatenieren.
  • Die Arbeitsgruppe forscht aktuell insbesondere nach analytischen Berechnungsmodellen, mit denen das Verhalten von Fahrzeugen mit zweiachsigem Anhänger beschrieben werden kann. Besagte Gespanne werden in die Klasse der general-3-trailer eingeordnet und zeichnen sich durch ein äußerst komplexes Fahrverhalten aus. In Zukunft soll das zuvor beschriebene Verfahren zur Berechnung sicherer Segmente auf Gespanne dieser Klasse erweitert werden.